STRUTTURA TERZIARIA

STRUTTURA TERZIARIA
le porzioni con strutture secondarie
sono avvicinate e impaccate
mediante anse e curve della catena.
Le proteine “globulari” dopo aver organizzato il
proprio scheletro polipeptidico con elementi di
struttura secondaria (α-eliche e β-foglietti, βturns) vanno incontro ad un ulteriore
ripiegamento della catena polipeptidica sino ad
assumere una struttura fortemente impaccata
Residui lontani nella struttura primaria sono
avvicinati dal ripiegamento in modo da
stabilire interazioni tra le loro catene R
(interazioni a lungo raggio)
Il ripiegamento (folding) di una proteina non è mai un processo casuale
Ma sempre dettato dalla sequenza amminoacidica della proteina.
Infatti, Il modo in cui una catena
proteica si avvolge dipende dal
tipo di interazioni che si
stabiliscono fra le catene laterali
dei suoi residui amminoacidici.
Una proteina, fra tutti i possibili
ripiegamenti che può assumere,
addotta quello in cui le
interazioni fra le catene R dei
suoi residui sono OTTIMALI e
consentono di raggiungere la
maggiore stabilità (e quindi uno
stato di minima energia)
La proteina addotta la sua
conformazione nativa.
Nelson –Cox, I principi di Biochimica di Lehninger, Zanichelli editore spa
Il ripiegamento inizia
durante la sintesi proteica
ed è assistito da “chaperoni
molecolari”
 Processo cooperativo: le
prime interazioni che si
formano tra le catene
laterali dei residui
amminoacidici innescano le
successive.
 Processo rapido
 E’ un processo che è
innescato dall’effetto
idrofobico
Nelson –Cox, I principi di Biochimica di Lehninger, Zanichelli editore spa
La catena polipeptidica si ripiega in modo da costringere le catene non
polari ad associarsi tra loro in un CORE core idrofobico da cui sono
escluse le molecole d’H2O.
H2O
Durante l’avvolgimento
le catene laterali polari
tendono ad essere
spinte sulla superficie
esterna della proteina, a
contatto con le molecole
d’H2O della sfera di
solvatazione.
Sotto la spinta dell’effetto idrofobico la proteina collassa su stessa e assume una struttura più
ordinata, quindi diminuisce l’entropia del polipeptide e aumenta quella del solvente (dal
core della proteina vengono espulse molecole d’H2O). II processo risulta energeticamente
favorito dalla formazione di numerosissime interazioni tra le catene laterali degli
amminoacidi che vengono avvicinati.
La struttura terziaria è stabilizzata dalle seguenti interazioni tra
le catene laterali R dei residui amminoacidici:
Ser
Non covalenti
Interazioni idrofobiche
Interazioni di van der
Waals
Legami idrogeno
Interazioni ioniche
Covalenti
Ponti disolfuro
Tyr
2 Cys
Leu
Lys
Phe
Asp
Durante il processo di avvolgimento della catena polipeptidica più
strutture secondarie riconoscibili si combinano a formare i MOTIVI O
STRUTTURE SUPERSECONDARIE
ansa β-α-β
Elica-ansa-elica
es: proteine
leganti calcio
Barilotto β
Motivo complesso caratteristico
dell’ α-emolisina di Staphylococcus
aureus (tossina che uccide le cellule
formando pori nella membrana)
DOMINI
Più motivi si possono associare a
formare dei DOMINI: Unità
distinte di una stessa proteina che
si ripiegano e si compattano
indipendentemente (da 30 a 300
residui amminoacidici).
Hanno una struttura riconoscibile e
sono in genere associati a
particolari funzioni.
Sono connessi da anse e legati
tra loro da interazioni deboli.
Non tutte le proteine globulari hanno
un’organizzazione a domini.
piruvato chinasi: 1 catena
polipeptidica organizzata in 3
domini
STRUTTURA QUATERNARIA
Presente in proteine costituite da 2 o più subunità, quindi da 2 o +
catene polipetidiche. Le subunità (o monomeri) possono essere
identiche o diverse
I monomeri si associano nelle superfici di contatto per mezzo di
Interazioni idrofobiche, Forze elettrostatiche, legami idrogeno, ponti
disolfuro
Chaperonina
Emoglobina
DENATURAZIONE DI UNA PROTEINA
è la perdita della struttura tridimensionale
che si accompagna anche alla perdita della
funzione della proteina.
Può essere reversibile.
AGENTI DENATURANTI:
-CALORE (agisce sui legami idrogeno)
-pH ESTREMI (agiscono sulle interazioni
ioniche e legami idrogeno)
-SOLVENTI o SOLUTI ORGANICI (es. alcooli,
acetone, urea, cloruro di guanidinia) (agiscono su interazioni idrofobiche)
-DETERGENTI (es. SDS) - (agiscono su
interazioni idrofobiche)
-AGENTI RIDUCENTI (β-mercaptoetanolo,
ditiotreitolo) – (agiscono sui ponti
disolfuro)
Ribonucleasi A nativa,
cataliticamente attiva
Aggiunta di urea e
mercaptoetanolo
Ribonucleasi A
denaturata e
cataliticamente
inattiva
Rimozione di urea e
mercaptoetanolo
Ribonucleasi A
rinaturata con i ponti
disolfuro riformati
correttamente,
cataliticamente attiva
Modificazioni delle proteine
POST-TRASLAZIONALI = avvengono dopo la sintesi proteica
COTRASLAZIONALI = avvengono durante la sintesi proteica
Le proteine nella loro forma matura o per essere attivate nella loro
funzionalità spesso subiscono delle modificazioni che comprendono
una serie di trasformazioni chimiche della catena polipeptidica e
sono mediate generalmente (ma non sempre!) da enzimi specifici.
Sono numerose e interessano determinati residui amminoacidici
che si trovano all’interno di specifiche sequenze consenso o in
particolari motivi strutturali.
Tali modificazioni possono essere di natura covalente (ponti
disolfuro, Acetilazione, Ossidazioni, Fosforilazioni, Tagli proteolitici,
Glicosilazioni…..) o non covalente (coniugazioni con metalli o gruppi
prostetici attraverso interazioni polari o idrofobiche)
A
B
Taglio del peptide segnale: si ottiene la Proinsulina in cui le due porzioni N-terminale
(sequenza B) e C-terminale (sequenza A)
sono legate da 2 ponti disolfuro
Taglio proteolitico che rimuove la
sequenza di connessione interna: si
ottengono due peptidi A e B tenuti
insieme dai 2 ponti disolfuro
>>> INSULINA MATURA
GLICOPROTEINE
La glicosilazione è la più comune forma di modificazione
subita dalle proteine e può essere co-traduzionale (N-glicoproteine) o post-traduzionale (O-glico-proteine).
Le glicoproteine svolgono importanti
funzioni biologiche in svariati processi
cellulari: riconoscimento recettoriale e
immunologico, trasporto transmembrana
di proteine, infiammazione, patogenicità,
metastasi…
1) L’attacco degli zuccheri avviene attraverso un legame N-glicosidico
oppure O-glicosidico.
Proteine O-glicosilate → gli zuccheri
2) Proteine N-glicosilate → gli zuccheri
sono legati ad un residuo di asparagina sono generalmente legati ad un
residuo di serina (Ser) o treonina
(Asn). Legame β-N-glicosidico
(Thr). Legame β-O-glicosidico
N
HH
N
O
Asn - X - Ser/Thr
3) Nelle proteine N-glicosilate il
primo zucchero è sempre
N-Acetilglucosamina
(NAcGlc)
Ser/Thr
Nelle proteine O-glicosilate il primo
zucchero è frequentemente
l’N-Acetilgalattosamina (NAcGal), ma
potrebbe essere anche
N-Acetilglucosamina, fucosio,
mannosio, galattosio o xilosio.
Tutti gli N-glicani hanno lo stesso core pentasaccaridico costituito da
2 N-acetilglucosammine e 3 mannosi, su 2 di questi mannosi sono caricati due
rami di composizione variabile.
ramo 1
Fuc
Fuc
ramo 2
Gal
Gal
NAcGlc
NAcGlc
Man
Man
Man
NAcGlc
NAcGlc
--- Asn---
Core pentasaccaridico
A seconda del numero di siti di glicosilazione e del tipo di glicano presente su ogni sito si
possono ottenere tante glicoforme diverse della stessa
Glycoprotein structure determination by mass spectrometry. Science
291, 2351 (2001); Dell A. and Morris H.R.
La struttura di una proteina e ruolo biologico da essa svolto sono
strettamente connessi.
Alcune funzioni biologiche delle proteine:
Catalizzatori = Enzimi
Accumulo e trasporto di ossigeno = mioglobina e emoglobina.
Sostegno e mantenimento della forma cellulare = collagene, actina…
Lavoro meccanico = contrazione muscolare, separazione cromosomi
nella mitosi, movimento flagelli.
Decodificazione dell’informazione genetica della cellula, traduzione,
regolazione dell’espressione genica.
Regolazione attività biologiche in cellule e tessuti bersaglio = ormoni,
recettori
Funzioni di difesa dell’organismo = anticorpi, tossine…
PROTEINE FIBROSE: RUOLO STRUTTURALE
Non assumono una struttura terziaria di forma più o meno sferica, come le
proteine globulari. Sono proteine con una struttura fondamentalmente secondaria
e filamentosa che si associano in strutture polimeriche.
es.:
cheratine (α-eliche appaiate con un doppio avvolgimento) >>> capelli, unghie
fibroina (foglietti β) >>> fibre della seta
collagene (tripla elica) >>> tendini, tessuto connettivo, matrice ossea
COLLAGENE
25%-35% delle proteine totali dei mammiferi
Catene polipeptidiche elicoidali sinistrorse (NON sono α-eliche)
con ~3.0 residui per giro e un passo di 0,94 nm
(sono più estese di un’alfa-elica). Ogni elica possiede ~ 1000
residui.
3 eliche sinistrorse si avvolgono l’una all’altra in senso destrorso
a formare una tripla elica = TROPOCOLLAGENE
La sequenza dell’elica è costituita da ripetizioni di 3 residui: - Gly-X-YX = spesso Prolina
Limitata flessibilità conformazionale,
Y = spesso 4-idrossiprolina
Rigidità
Frequentemente è presente Lisina
Impossibilità a formare α-eliche
Nel
superavvolgimento
i
residui di glicina delle 3 eliche
sono localizzati lungo l’asse
centrale della tripla elica (in
rosso), dove lo stretto
impaccamento non consente
la
presenza
di
altri
amminoacidi
Il collagene è una proteina
altamente modificata:
-Idrossilazioni sui residui di
prolina e lisina
-Ossidazione su residui di
lisina
PREPROCOLLAGENE
PROCOLLAGENE
-Glicosilazione sui residui
di idrossi-Lys
TROPOCOLLAGENE
-Rimozione domini Nteminali e C-terminali
(Taglio di legami peptidici)
-Legami crociati
COLLAGENE
Le catene polipeptidiche che cosituiscono il collagene subiscono alcune
importanti modificazioni post-traduzionali a carico di residui di PROLINA e
LISINA
a) IDROSSILAZIONE ad opera di prolil-idrossilasi e lisil-idrossilasi che utilizzano
come cofattore l’ac.ascorbico, vengono introdotti gruppi OH sulle catene
laterali
NH3+
5-idrossi-lisina
I gruppi –OH introdotti servono a formare legami idrogeno nei punti di contatto
fra le 3 eliche quando si forma il tropocollagene.
Carenza di vitamina C = Cattivo assemblaggio della tripla elica (lesioni della pelle,
indebolimento vasi sanguigni) >> Scorbuto
b) OSSIDAZIONE del gruppo ε-amminico in un gruppo aldeidico
LA LISINA DIVENTA ALLISINA
LA 5-IDROSSILISINA DIVENTA 5-IDROSSI-ALLISINA
CHO
allisina
5-idrossi-allisina
Questi derivati ossidati servono a formare LEGAMI CROCIATI covalenti nel
tropocollagene, gli aminoacidi coinvolti sono: 5-idrossi-lisina, allisina e 5idrossi-allisina.
Essi danno origine a:
a) basi di Schiff fra ALLISINA e LISINA (o con i loro derivati idrossilati),
b) Condensazione aldolica fra residui di ALLISINA
Ossidazione del gruppo –NH3+:
la lisina diventa ALLISINA
Condensazione aldolica fra 2 residui di
allisina
La formazione di legami crociati è un processo conferisce solidità alla
molecola di collagene ma è anche un processo continuo nel corso della vita.
Aumentando il numero dei legami crociati il collagene diventa sempre più
rigido e fragile.
Con l’invecchiamento la pelle diventa meno elastica, ossa e tendini più
soggetti a spezzarsi

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